胎架

模具

胎架是一种模具，指主要起承重受力作用的脚手架，是为方便机械设备装配与焊接的一种专用工艺装备，在模板工程、钢结构安装工程、桥梁工程中应用广泛。与常用单双排脚手架不同，由于其支撑的结构形式、重量差别很大，胎架的设计差异较大。不同的设备不同的工艺，胎架的形式也不同。

结构

胎架是一种金属结构，其组成形式有两种：

（1）框架式结构的胎架：即由型钢和钢板组合而成，见图1。每档肋距或间隔一档肋距设置一块胎板，由若干胎板组成一只胎架。从图1中看出，为了使胎板与分段外板的接触面积小而又能紧贴，并使分段在焊接时有自由收缩的可能，则胎板的曲面均做成凹凸锯齿形。但这样的胎板需要用整块的钢板割出，材料不经济，修正曲面所花的时间也多，故都利用废旧的边角料，并在角钢上面间隔排列小块胎板（如图2），以代替凹凸锯齿形胎板，同时能起到锯齿形胎板的作用，而且用料既省，修正曲面所花工时也较少。

（2）支柱式结构的胎架：如图3所示，支柱式结构的胎架用角钢或管柱组成。每档肋位应竖角钢的根数，可根据结构情况而定。这种胎架的结构用料省，制造方便，但制造曲面较大的分段，线型较难保证。

分类

胎架可分为专用胎架，通用胎架及专供焊接与翻身用的回转胎架及摇摆胎架等多种。下面具体介绍他们的性能及用途。

专用胎架

专用胎架仅适用于一分段。这种专用胎架（图4中的a ）有的用整料组成，较正规，胎架刚性强，坚固耐用，但制造时要求高，费材料，适用于军品或成批的产品。图4中的b 是利用废旧型材和边角料制成框架式的简易胎架。图4中的c 是用废旧型材或管柱组成支柱式的简易胎架。这两种胎架的特点是在保证一定的刚度的饿基础上，结构简单，制造修改方便，成本低，对于单件生产的船舶均较适用。

通用胎架

通用胎架对各种分段的适用性强，使用面也广，其形式较多，下面仅介绍两种。

（1）框架式通用胎架：由框架与活络胎板所组成，见图5。这种框架根据特定船型选择四种角度，即30°、60°、40°、50°，其中30°与60°、40°与50°是做在一框图架上的。角度框架的斜向角铁上开有螺孔，供连接胎板及调节胎板高低用。

（2）支柱式通用胎架：由许多可根可调节高度的支柱所组成。胎架线型不需要用样板划线，而是直接以坐标型值定出。支柱由内外两根不同口径的管子套接而成，在内外管上个按不同间距钻有数排销孔，以便按胎架型值调节支柱的高度后，用销轴插入相应的销孔中加以固定（图6）。这种胎架在每装一只不同分段时，须将胎架支柱按分段型值调整一次。随着电子技术的应用于造船工业，使胎架的支柱能自动调整，即各支柱的高度值是用数学放样秘得的型值，制成纸带，通过数控装置来调整。支柱的高低可用油压千斤顶或螺旋千斤顶进行传动调节。通用胎架具有较高的经济性，很有发展前途。

应用

船体用的胎架，是在船体制造时作为分段外模用。它是根据放样台中的船体肋骨线型，按所要装配的分段外形复制而成。船体外形多数带有曲型，胎架既可保证这些曲型分段的线型符合设计要求，又能改善装焊条件和扩大自动、半自动焊的使用范围。对于中下型船舶，胎架是船体建造中的一种主要工艺设备。

采用胎架制造分段能保证船体线型的光顺，应胎板的线型与分段外板的线型一致，装配时只需将外板紧贴在胎板上，就能得到正确的线型。在分段装配时，有胎架作依据，拼板焊接后变形较小，在安装骨架时方便正确，从而可改善施工条件，提高装配质量。另外，由于胎架制造时可选取合理的基面，使分段焊缝的坡度最小，从而能充分利用自动焊及半自动焊，提高了焊接质量，加快了建造进度。

计算分析

胎架破坏形式分析

大量工程实践表明，胎架的破坏主要是立杆失稳导致脚手架坍塌，包括整体失稳和局部失稳。整体失稳破坏时，立柱与水平杆组成的空间框架结构顺惯性矩较小的弱轴平面内呈大波鼓曲现象，各排立柱的鼓曲方向一致，失稳曲线的半波长度大于步距。局部失稳破坏时，立柱在步距之间发生小波鼓曲，鼓曲方向可能在立柱与水平杆组成的2个方向的竖向平面内，也可能沿任意方向，失稳曲线的半波长度接近等于步距。

从胎架构造形式分析，当以相等的步距、柱距、排距搭设时，立柱的局部承载力高于整体承载力，但胎架的长宽比较为接近，平面接近于正方形而不是长条形时，二者承载力值应相差不多。当胎架搭设时步距、柱距有变化，局部的脚手架较稀疏时，立柱受荷不均则容易发生局部失稳破坏。

从受力状态分析，胎架主要承受钢桁架等结构的自重，结构往往通过千斤顶、枕木等传力给胎架，此时胎架的受力面积较小，荷载传递集中在局部，而其他作为施工操作面的地方荷载相对较小，胎架整体受力不均匀，易发生局部失稳破坏的情况，因此施工中应尽量加大荷载传递至胎架的接触面积。

无论哪种破坏，胎架的承载能力主要由立杆决定，立杆的承载能力由其整体或局部失稳时的临界荷载决定。

胎架计算的特殊性

胎架是由水平杆、立杆组成的多层多跨框架结构，立杆稳定计算问题，实际上是一个节点为半刚性的空间框架稳定计算问题，但和一般的框架相比其特殊点是：

（1）构架的不严格性。胎架的构造型式、尺寸参数和杆件设置常随应用对象和施工要求的不同而变化，有时需要局部改变杆件设置：它的搭设也不像工程结构那样严格地按照设计图纸施工，在搭设中又常常由于各种原因，例如施工人员认识不足、要求不严，架设材料供应不足，操作工人的经验和主观意见等而改变构架参数，例如整架或局部地改变构件尺寸、随意减少杆件等。而基础和立杆支垫不好和立杆偏斜过大的情况较为普遍地存在。这些情况的存在，都将导致脚手架的设计计算依据与施工的实际情况不符，甚至差别显著。

（2）节点性能的差异性。连接杆件的扣件节点，在荷载作用下具有相当的抗转动能力，是一种半刚性节点。其刚性与扣件的质量和拧紧程度密切相关，也直接影响到胎架的结构刚度。在一定扭力矩范围内(<50 N·m)，扭力矩愈大则脚手架节点刚性愈强，承载能力也可相应得到提高，试验证明，扣件螺栓拧紧扭力矩达40~50N·m时，脚手架节点才具有必要的和稳定的抗转动刚度。

（3）结构和材料缺陷的难控性。脚手材料是周转使用工具，在反复搭设、使用、拆除、运输和存放的过程中，会使其杆配件产生程度不同的损伤，如锈蚀、弯曲变形、连接件裂纹、螺栓滑扣等，难以严格控制和消除上述这些初始缺陷和使用过程中出现的变化。

（4）荷载的变异性。胎架的结构静载和施工活荷载分布情况的变化较大，局部荷载集中和受力偏心较大的情况较为普遍，不容易严格掌握和控制。

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